項(xiàng)目四動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)認(rèn)知與檢修新能源汽車動(dòng)力蓄電池及管理技術(shù)1、掌握動(dòng)力電池成組概念、動(dòng)力電池成組電芯串并聯(lián)選用原則。2、了解幾種常見車型的動(dòng)力電池參數(shù)；3、掌握動(dòng)力電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)組成、（BMS）的功能4、掌握動(dòng)力電池電量管理、均衡管理、熱管理、安全及通信管理的主要功能和基本原理；5、理解動(dòng)力電池系統(tǒng)的檢測(cè)內(nèi)容和工作模式及充電工作原理知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)1、能進(jìn)行電池組并聯(lián)與串聯(lián)的選用計(jì)算。2、能熟練介紹常見車型選用動(dòng)力電池的技術(shù)特性。3、能認(rèn)知?jiǎng)恿﹄姵叵到y(tǒng)的各組成部件及4、能簡(jiǎn)單闡述BMS的基本功能及電池各項(xiàng)管理的基本原理5、能簡(jiǎn)單闡述動(dòng)力電池的工作模式6、能分析動(dòng)力電池充電基本組成電路增強(qiáng)嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的意識(shí)。具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和吃苦耐勞精神，并樹立正確的理想信念。3、培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、查找資料、制定計(jì)劃的能力；4、培養(yǎng)學(xué)生具備從事汽車行業(yè)工作的職業(yè)素養(yǎng)。思政目標(biāo)目錄CONTENTS動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)認(rèn)知與檢修動(dòng)力蓄電池成組技術(shù)認(rèn)知任務(wù)1動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)認(rèn)知與檢修任務(wù)2

動(dòng)力蓄電池狀態(tài)檢測(cè)與分析任務(wù)3動(dòng)力蓄電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)構(gòu)造與檢修任務(wù)4動(dòng)力蓄電池充電管理認(rèn)知與檢修任務(wù)5任務(wù)描述一輛純電動(dòng)汽車，儀表上的動(dòng)力電池故障燈常亮，讀取故障碼顯示“P118522單體電池電壓不均衡故障”?，F(xiàn)在車間主管安排你完成此任務(wù)，你應(yīng)該如何檢修呢？任務(wù)引入一、基本信息采集（1）基本信息測(cè)量(蓄電池電壓、電流信號(hào)、蓄電池包溫度的檢測(cè))蓄電池管理系統(tǒng)最基本的功能就是測(cè)量單體蓄電池的電壓、電流和溫度，這是所有蓄電池管理系統(tǒng)頂層計(jì)算、控制邏輯的基礎(chǔ)。1）單體蓄電池電壓測(cè)量和電壓監(jiān)控。單體蓄電池的電壓，對(duì)于蓄電池管理系統(tǒng)有幾種意義：①可以用來(lái)累加獲取整個(gè)蓄電池的電壓;②可以根據(jù)單體蓄電池電壓壓差來(lái)判斷單體蓄電池差異性;③可以用來(lái)檢測(cè)單體蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)。

單體蓄電池電壓的采集和保護(hù)，目前都用專用集成電路(ASIC)來(lái)完成，采集電壓的精度不僅受ASIC本身精度的影響，也受單體蓄電池電壓采樣線束、線束保護(hù)用熔絲、均衡狀態(tài)等的影響。一、基本信息采集2）電池包電壓測(cè)量

在計(jì)算SOC的時(shí)候，往往會(huì)用電池組的總電壓來(lái)核算，這是計(jì)算電池包參數(shù)重要參量之一；

如果由單體電壓采樣有一定的時(shí)間差異性，也沒辦法與電池傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精確對(duì)齊，因此往往采集電池包電壓來(lái)作為主參數(shù)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算。在診斷繼電器的時(shí)候，需要電池包內(nèi)外電壓一起比較的。一、基本信息采集3）電池溫度

溫度對(duì)電池的參數(shù)有著很大的意義。在設(shè)計(jì)電池和模組的時(shí)候，電池內(nèi)外的溫度差異、電池極耳和母線焊接處、模組內(nèi)電池溫度差異和電池包內(nèi)最大溫度差，都應(yīng)進(jìn)行先期控制了。

BMS在設(shè)計(jì)上考慮了溫度傳感器的放置點(diǎn)，以最后采集得到的溫度點(diǎn)表征整個(gè)蓄電池包的運(yùn)行情況。溫度檢測(cè)的精度在不同溫度的情況下要求不同，如在-40C時(shí)，檢測(cè)精度不需要特別高，因?yàn)槭褂眯铍姵叵到y(tǒng)本身就需要加熱；而在-10~10C時(shí)，溫度對(duì)蓄電池性能有重大影響，需要提高檢測(cè)精度;另外還有40C高溫臨近點(diǎn)，也是需要重點(diǎn)關(guān)心的溫度范圍。在設(shè)計(jì)的過程中，可以用上拉電阻、濾波電阻和溫度傳感器的本身的數(shù)值進(jìn)行分析。一、基本信息采集

4）電池包流體溫度檢測(cè)電池管理系統(tǒng)在整個(gè)電池包熱控制里面，一般的作用是匯報(bào)溫度，以及流體入口和出口的溫度，檢測(cè)電路與單體檢測(cè)類似。一、基本信息采集5）電流測(cè)量電池包的往往僅在單體這一層級(jí)做并聯(lián)(最極端的是特斯拉的小電池的75個(gè)并聯(lián))，電池包內(nèi)的單體串聯(lián)給整車提供電能，所以一般只需要測(cè)量一個(gè)電流。電流測(cè)量手段主要分兩種智能分流器或霍爾電流傳感器。由于電池系統(tǒng)需要處理的電流數(shù)值，往往瞬時(shí)很大，比如車輛加速所需要的放電電流和能量回收時(shí)候的充電電流，因此評(píng)估測(cè)量電池包的輸出電流(放電)和輸入電流(充電)的量程和精度，這是一件需要仔細(xì)檢查的工作。電流是引起單體溫度變化的主要原因，作用在內(nèi)阻和化學(xué)發(fā)熱一起構(gòu)成了電池發(fā)熱;電流變化的時(shí)候也會(huì)引起電壓的變化，與時(shí)間一起，這三項(xiàng)是核算電池狀態(tài)的必備元素。霍爾傳感器一開始日系混合動(dòng)力車上用的較多，現(xiàn)在慢慢有智能的分流器完成電壓和電流的采樣，通過串行總線傳輸，甚至可以在里面實(shí)現(xiàn)SOC的估算。一、基本信息采集2.絕緣電阻檢測(cè)

電池管理系統(tǒng)內(nèi)，一般需要對(duì)整個(gè)電池系統(tǒng)和高壓系統(tǒng)進(jìn)行絕緣檢測(cè)，比較簡(jiǎn)單的是依靠電橋來(lái)測(cè)量總線正極和負(fù)極對(duì)地線的絕緣電阻?，F(xiàn)在在電池包里面用的比較多的是主動(dòng)信號(hào)注入，主要是可以檢測(cè)電池單體對(duì)系統(tǒng)的絕緣電阻。一、基本信息采集3.高壓互鎖檢測(cè)(HVIL)

高壓互鎖的目的是，用來(lái)確認(rèn)整個(gè)高壓系統(tǒng)的完整性的，當(dāng)高壓系統(tǒng)回路斷開或者完整性受到破壞的時(shí)候，就需要啟動(dòng)安全措施了。a)HVIL的存在，可以使得在高壓總線上電之前，就知道整個(gè)系統(tǒng)的完整性，也就是說(shuō)在電池系統(tǒng)主、負(fù)繼電器閉合給電之前就防患于未然。b)HVIL的存在，是需要整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成的，主要通過連接器的低壓連接回路上完成的，電池管理單元一般需要提供電路的檢測(cè)回路。HVIL源有三種不同的方式，5V、12V和PWM波。一、基本信息采集15動(dòng)力電池包對(duì)外上電過程控制,以及單體電壓監(jiān)測(cè)與模組溫度監(jiān)測(cè)一、基本信息采集16動(dòng)力電池母線電流監(jiān)測(cè)一、基本信息采集一、基本信息采集18SK電池構(gòu)造主要由：電芯，主保險(xiǎn)，總正繼電器，總負(fù)繼電器預(yù)充繼電器，預(yù)充電電阻，電流傳感器，BMS，高壓接口，低壓接口。一、基本信息采集SK電池控制單元主要功能：1.與外部通訊（VCU、充電機(jī)、快充樁）2.控制負(fù)極繼電器3.檢測(cè)內(nèi)、外部總電壓4.檢測(cè)充、放電電流5.監(jiān)測(cè)單體電壓和電芯溫度6.保護(hù)電池壽命和安全7.控制預(yù)充繼電器注：正極繼電器由由VCU控制一、基本信息采集SK電池構(gòu)造：繼電器集成器（PRA）負(fù)繼電器預(yù)充繼電器預(yù)充電阻正繼電器內(nèi)部電壓檢測(cè)點(diǎn)外部電壓檢測(cè)點(diǎn)一、基本信息采集SK電池構(gòu)造電壓、溫度采集板（PCB），壓裝在模組上：采集單體電壓和電芯溫度實(shí)物圖二維圖一、基本信息采集單體信息的采集，與整車通訊的低壓連接一、基本信息采集一、基本信息采集24電池模組串聯(lián)形成高壓的連接路徑1stModule91stModule一、基本信息采集關(guān)鍵元器件一、基本信息采集電池單體電壓采樣檢測(cè)電阻陣列一、基本信息采集電池電壓采集盒動(dòng)力電池模組動(dòng)力電池箱正極繼電器負(fù)極繼電器高壓保險(xiǎn)預(yù)充電電阻預(yù)充電繼電器電流檢測(cè)主控盒電池電壓采集盒絕緣檢測(cè)盒普萊德動(dòng)力電池波士頓電芯一、基本信息采集1.SOC和SOH估計(jì)

電池系統(tǒng)中最核心也是最難的一部分就是SOC和SOH的估計(jì)。

SOC估算常見的有安時(shí)積分法(SOCI)，和開路電壓標(biāo)定法(SOCV)，安時(shí)積分最大的問題是隨著時(shí)間的推移誤差會(huì)越來(lái)越大，開路電壓標(biāo)定的問題是，電池需要在靜置很長(zhǎng)時(shí)間以后的開路電壓對(duì)應(yīng)的SOC才是準(zhǔn)確的，汽車在行駛的時(shí)候采集的電壓用來(lái)標(biāo)定SOC那是不準(zhǔn)確的。實(shí)際的使用中，一般以SOCV為主用SOCI，在實(shí)際使用中也在用一定的卡爾曼濾波法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法來(lái)提高SOC的計(jì)算，但是限于MCU的運(yùn)算速度和能力，整個(gè)算法的復(fù)雜度是有限制的。二、狀態(tài)估計(jì)通過SOC可以知道目前的電量狀態(tài)。若沒有準(zhǔn)確的soc，會(huì)出現(xiàn)的情況：1）過充/過放導(dǎo)致蓄電池壽命縮短，或發(fā)生故障等。2）均衡的-致性效果不理想，輸出功率降低，動(dòng)力性能降低。二、狀態(tài)估計(jì)

目前SOC主流估算方法有放電法、安時(shí)積分法、開路電壓法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、卡爾曼濾波法。放電法即是對(duì)蓄電池做放電實(shí)驗(yàn)，以放出電量的多少判斷蓄電池容量，但實(shí)際行車情況中用來(lái)行駛的是剩余電量，無(wú)法單純以放電結(jié)果作為電量預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)。安時(shí)積分法是通過初始狀態(tài)與運(yùn)行狀態(tài)下電流和時(shí)間積分的和來(lái)計(jì)算當(dāng)前電量，其公式為：當(dāng)前SOC精度主要依賴初始和瞬時(shí)電流的精度，但是隨著時(shí)間延長(zhǎng)，誤差累計(jì)嚴(yán)重，且無(wú)法單獨(dú)修正。二、狀態(tài)估計(jì)2.均衡

一個(gè)串聯(lián)的電池包，由于電池和電池管理的原因，總是會(huì)出現(xiàn)不均衡的現(xiàn)象。在實(shí)際使用過程中，每個(gè)串聯(lián)的輸出容量是不一樣的。而電池，不僅有過放電和過充電的限制，而且在不同溫度和不同SOC下，輸入和輸出的功率也存在限制。1）電池包內(nèi)各個(gè)單體電池之間的個(gè)體差異：?jiǎn)误w容量差異、單體內(nèi)阻差異、單體自放電差異、工作時(shí)候電流差異和休眠時(shí)候電流差異。2）電池包內(nèi)隨著時(shí)間變化:單體容量差異、單體內(nèi)阻差異、單體自放電差異。3）客戶使用充電時(shí)間、放電時(shí)間。4）外部環(huán)境同溫度下的自放電、不同SOC下的自放電。5）系統(tǒng)相互影響:BMS的工作狀況，這個(gè)因素和BMS的工作狀態(tài)有關(guān)系。二、狀態(tài)估計(jì)3.電池功率限制

新能源汽車中的電池容量是不同的，鋰電池系統(tǒng)為整車特別是電機(jī)提供能量，需要滿足電機(jī)的功率要求。而一定容量的電池電池在不同的SOC，不同的溫度下，其輸入和輸出的功率是有一定限制的。實(shí)際的運(yùn)行中，混合動(dòng)力電池包SOC窗口開的很小，純電動(dòng)汽車用的非常寬，用完就結(jié)束使用，而插電式混合動(dòng)力在電池耗盡的時(shí)候，則需要考慮輸出功率的限制。電池管理系統(tǒng)需要發(fā)送給整車控制器一個(gè)功率限制參數(shù)，這是根據(jù)一個(gè)三維表核算出來(lái)，包含溫度、SOC、電池容量。二、狀態(tài)估計(jì)輔助系統(tǒng)功能一般與整車控制系統(tǒng)或者其他相關(guān)的系統(tǒng)聯(lián)合使用。（1）繼電器控制功能

蓄電池包內(nèi)一般有多個(gè)繼電器，蓄電池管理系統(tǒng)至少要完成對(duì)繼電器的驅(qū)動(dòng)供給和狀態(tài)檢測(cè)，繼電器控制往往是和整車控制器協(xié)調(diào)后確認(rèn)控制器狀態(tài)。

例如安全氣囊控制器輸出的碰撞信號(hào)一般與繼電器控制器斷開直接掛鉤。蓄電池包內(nèi)繼電器一般有主正、主負(fù)、預(yù)充和充電繼電器，在蓄電池包外還有獨(dú)立的配電盒對(duì)整個(gè)電流分配進(jìn)行更細(xì)致的保護(hù)。閉合、斷開的狀態(tài)以及開關(guān)的順序?qū)π铍姵匕睦^電器控制都很重要。三、輔助系統(tǒng)（2）熱管理控制功能

蓄電池的化學(xué)性能受環(huán)境的溫度影響非常大，為了保證蓄電池的使用壽命，必須讓蓄電池工作在合理的溫度范圍之內(nèi)，并根據(jù)不同的溫度為整車控制器提供其所能輸出和輸人的最大功率。蓄電池管理系統(tǒng)的溫度控制主要用到CFD仿真分析，即如何使用最少的溫度傳感器來(lái)有效地監(jiān)測(cè)整個(gè)蓄電池包的溫度分布，并將監(jiān)測(cè)信息反饋給蓄電池管理系統(tǒng)和整個(gè)蓄電池溫度管理系統(tǒng)，從而控制整車和蓄電池